环境科学与生态技术6（2021）100082透视腐植酸命名法在自然生态系统工程科学中的适用性赵新宇a，b，席北斗a，b，*，谭文兵a，b，李翔a，b，党秋玲a，b，李仁飞ca中国环境科学研究院环境基准与风险评价国家重点实验室，北京，100012b中国环境科学研究院地下水污染模拟与控制国家环境保护重点实验室，北京，100012c清华大学环境学院，中国北京，100084我的天啊N F O文章历史记录：2020年12月21日收到2021年2月32021年2月5日接受保留字：腐植酸工程科学自然生态系统碱抽提技术腐殖酸（HumicAcids，HA）是自然生态系统中植物或生物残体分解合成的天然有机物（NaturalOrganicMatter，NOM）的主要成分。它们被定义为与一系列高活性功能化合物缔合的大分子的相对高分子量聚集体，并被认为在自然生态系统中具有不可替代的作用（如对全球碳和氮动力学、大气、活植物、化学活性和NOM结构稳定的影响）[1]。除生态功能外，“HA”还可广泛应用于各种工程用途，如商业腐植酸盐、生物解毒、药理学和药物。“HA”优化和应用的进展然而，现在，有一个越来越分歧的看法存在的核心论点是，我们认识到自然生态系统中具有大、稳定、复杂分子的“HA”的所有这些普遍性、功能性和重要性尽管提取技术*通讯作者。中国环境科学研究院环境基准与风险评价国家重点实验室，北京，100012。电子邮件地址：xibeidou1223@126.com（B. Xi）。经过几次改进，原则仍然相同。这些过程可能会改变NOM的化学分子结构，使其从自然环境基质变为人工产物[2，3]。因此，与人工开采相关的操作性定义的“HA”的形成不能解释自然生态系统中原位NOM的真实内容，结构以及生态功能。然而，不可否认的是，碱提取的具有各种生态功能基团（羧基、酚基、羟基、羰基和醌）的“HA”确实具有提供阳离子交换能力、化学反应、吸附、络合的功能，并且特别与生物地球化学模型相关[ 1 ]。正是由于其内在的功能和化学特性，碱提取的“HA”在工程应用科学和工业中越来越受欢迎，用于各种用途。因此，我们认为，至少在工程科学中，HA这个名词是不能废除的.早期对“HA”与全球碳和氮循环、水生健康有机物、土壤碳-气候相互作用、土地管理，甚至NOM对全球气候变化响应的预测的关联的认识，现在看来，这是不符合客观现实的。我们现在知道碱提取技术确实改变了NOM的分子结构事实上，在原位观察中，只有更小、更简单的分子结构被可视化，而不是大、复杂的分子[4]。这样，NOM的分子量和复杂性被碱提取高估。然而，到目前为止，还不可能通过碱提取技术了解NOM的官能团和化合物如何以及发生了什么结构变化，这在自然生态系统中一直是一个此外，碱提取过程对NOM分子结构变化的响应不能一概而论。这在很大程度上取决于它们内在的分子间力，如疏水相互作用、范德华力和NOM中分子结构之间的氢键，特别是与不同环境介质的相互作用[5]。如果这些变化不起作用，https://doi.org/10.1016/j.ese.2021.1000822666-4984/©2021作者。由Elsevier B.V.代表中国环境科学学会、哈尔滨工业大学、中国环境科学研究院出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表环境科学与生态技术期刊主页：www.journals.elsevier.com/environmental-science-and-www.example.comX. Zhao，B. Xi，W. Tan等人环境科学与生态技术6（2021）100082图1.一、从自然生态系统到工程科学对“HA”的认识。NOM的功能和分子结构的特点，它们仍然可以被称为“HA”在自然生态系统中。因此，在弄清楚碱提取过程对NOM中的这些官能团或化合物有何影响以及如何影响之前，质疑它是否会从自然生态系统中被抛弃还为时过早。揭开这个“黑匣子”，不仅能够更好地理解和预测基于已知碱法提取的“HA”的更准确、更现实的NOM，而且能够为工程应用提供指导。它将是自然生态系统中NOM的真实结构与工程科学中已知的“HA”之间的重要联系（图1）。这里应该注意的是，在自然生态系统中，NOM中有机组分的转化不是持续几周，而是持续几十年。自然生态系统中异质有机组分在空间尺度上的空间排列和对碱提取反应的时间尺度远比特定空间尺度上的生物复杂得多。这将需要开发全新的和全面的研究路线，即碱提取在空间和时间尺度上对NOM结构的影响。(1)长期的实验和实践对于深入了解碱提取对生物过程机制的影响、保护抗分解性以及细尺度过程的异质性至关重要。此外，还需要作出更多努力，通过分子标记和分子模拟等先进分析技术获得适当的数据，以便进行参数化和测试，从而使机制和观测数据更具有可预测性。（2）联合力量，将碱提取引起的NOM潜在变化 回报将是有更多的机会将现有的研究转向全球碳和氮循环、农业生产力和全球气候稳定性的建模，这些问题对制定未来的资源评估、气候变化和土地利用政策至关重要。(3)开发一个综合的和高性能的计算数据库，包括详细的变化代表机制驱动NOM的分子结构响应碱提取在全球生态系统。通过机器学习的方法可以对化学结构变化的特征这将是非常有用的研究，管理和预测NOM循环物质在自然生态系统的基础上已知反过来，也有很大的机会，在经营的进展，基于应用科学和工业中的数据模型，以可预测的方式合理合成商业产品在时空尺度上研究非均质NOM中碱抽提技术的综合数据库不仅可以帮助我们更好地理解和预测自然生态系统中碱抽提的“黑箱”本质，而且可以促进工程科学中具有经济、生态和社会效益的特定目的的功能基团的设计和调控。在解释自然生态系统中的NOM方面，以及在为工程应用的发展提供更多的力学基础方面，将有很大的进步机会，支持弥合自然生态系统和工程科学之间差距的科学。相应地，这种“黑匣子”的透明度允许更明智的讨论从自然生态系统到工程科学的“HA”命名法的适用性。竞合利益作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作确认我们感谢编辑和三位匿名审稿人的深刻评论，大大改善了这篇手稿 。 这 项 工 作 得 到 了 中 国 国 家 自 然 科 学 基 金 的 财 政 支 持 （ Nos.51808519和41977030）和国家重点研发计划（2019YFC 1906403）。引用[1] C.J. Newcomb ， Humic Matter in Soil and the Environment ： PrinciplesandControversies，CRC Press，2014。[2] J. Lehmann，M. Kleber，土壤有机质的争议性质，自然528（2015）60e 68。[3] M. Schmidt，M. S. Torn，S. Abiven，土壤有机质持久性作为生态系统属性，自然478（2011）49e 56。[4] D. Marios，N.安东尼奥，P. Humeomics亚历山德罗，解开腐殖土五角星的关键，应用。土壤生态。123（2018）513e 516。[5] M. Kleber，K.Eusterhues，M.凯卢韦特角Mikutta，P.S.Nico，矿物和有机协会：形成，性质和土壤环境的相关性，Adv. 艾力冈130（2015）1e 140.2
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